Des physiciens travaillant à l'accélérateur de particules J-PARC àLe Japon a pour la première fois synthétisé la résonance baryonique Λ(1405) en combinant un kaon chargé négativement et un proton. L'étude précise les propriétés de cette particule instable et sa masse. Une analyse plus approfondie de Λ(1405) aidera à expliquer la structure interne des étoiles à neutrons super denses, selon les scientifiques.
Représentation schématique de l'évolution de la matière et de la résonance baryonique Λ(1405). Image : Hiroyuki Noumi
Modèle standard de physique des particulescroit que toute matière est constituée de champs quantiques fondamentaux, dont les quanta sont 6 leptons, 6 quarks et leurs antiparticules correspondantes. En règle générale, les quarks n'existent pas séparément, mais sont combinés en groupes de deux et trois, formant des hadrons, par exemple des protons et des neutrons. Une résonance dans ce modèle est un état excité de courte durée des hadrons.
Les physiciens ont étudiérésonance baryonique Λ(1405). Mais malgré des années de recherche, les propriétés inhabituelles de cette résonance sont difficiles à expliquer. Par exemple, on ne sait pas pourquoi il a la masse la plus légère parmi les baryons à parité négative, bien qu'il contienne un quark étrange plus lourd, notent les chercheurs.
Pour répondre à ces questions, les physiciens ont menérecherche sur les accélérateurs de particules. Au cours de l'expérience, des kaons chargés négativement ou mésons K (hadrons constitués d'un quark étrange et d'un antiquark up) ont été tirés sur une cible en deutérium, dont chacun contenait un proton et un neutron. Dans une réaction réussie, le méson K a détruit un neutron puis a fusionné avec un proton, créant la résonance Λ(1405).
Schéma pour obtenir Λ(1405). Image : Hiroyuki Noumi
En analysant les produits de désintégration, les physiciens ont mesurémasse complexe Λ(1405). Les chercheurs notent que la formation d'un état lié du méson K et du proton n'a été possible que parce que le neutron a emporté une partie de l'énergie.
Les résultats de l’étude confirment que Λ(1405)est un état inhabituel formé de cinq composants : quatre quarks et un antiquark. Il est mieux considéré comme un état lié temporaire d'un méson K, constitué d'un quark étrange et d'un quark up, et d'un proton, contenant deux quarks up et un quark down.
Les physiciens soulignent qu'une meilleure compréhension de la baryoniqueLa résonance aidera à décrire plus précisément les propriétés de la matière à ultra-haute densité qui existe au cœur d'une étoile à neutrons, ainsi que les processus de formation de l'Univers peu après le Big Bang.
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En couverture : Accélérateur de protons J-PARC. Image : Patrick Dep, CC BY-SA 2.0, via Wikimedia Commons